По физическому содержанию голография является реализацией принципа синхронного детектирования, который хорошо известен в радиофизике, в видимом диапазоне электромагнитных волн. Для этого необходимо иметь свет с высокой степенью когерентности.
Голограммы можно эффективно применять для решения задач, которые связаны с распознаванием образов. По своему физическому содержанию выполнение данной задачи сводят к проведению пространственной фильтрации изображений.
На каждый сколь угодно малый участок голограммы попадает излучение от всех точек предмета. Следовательно, малая часть голограммы обладает всей информацией о предмете, которую имеет вся голограмма в целом. Получается, что худшее качество записи информации на некоторых участках голограммы не ведет к ухудшению качества изображения в целом.
Запись информации на голограмме реализуется с большим запасом надежности.
Объем информации, который записывается на голограмму, на порядки больше, чем на фотографии. Емкость в сочетании с надёжностью делают голограмму перспективным носителем информации.
Голографическая картина мира Д. Бома
Ученый - физик Дэвид Бом примерно в 1970 году предложил голографическую модель Вселенной. В этой теории ученый предположил, что любой пространственно-временной элемент мира включает в себя всю совокупность порядка Вселенной (прошлое, настоящее и будущее). Как в голограмме:
- любой элемент Вселенной обладает информацией о всем запечатленном объекте;
- всякий сегмент ощущаемого человеком мира включает в себя всеобъемлющую информацию о том, как Вселенная структурирована.
В соответствии с идеями Бома все субъекты имеют взаимные связи, при этом они не являются результатом контактного влияния, а это следствие действия всеобщих фундаментальных законов. Ученый полагал, что все компоненты единого целого влияют на него, а целое оказывает влияние на все данные элементы.
В качестве основания для гипотезы ученый считал парадокс, в котором «связанные» элементарные частицы ведут себя так, что трансформация состояния одной частицы приводит к одномоментному изменению состояния другой, при этом не имеет значение расстояние, на котором находятся эти частицы.
Этот парадокс считают подтвержденным фактом.
Бом предположил, что поведение «сцепленных» частиц определяется не существованием особенного механизма обмена информацией, который протекает со скоростями большими скорости света в вакууме, а тем, что на каком-то пока не понятном нам уровне они являются единым объектом.
Мы разделяем эти частицы ввиду того, что можем видеть единственный аспект существующего мира.
Концепция устройства Вселенной по Бому считается одной из самых экзотических.
Гипотеза Герарда т’ Хофта
Ученые множество раз обращались к описанию пространственно-временного континуума в виде совокупности пикселей, то есть, считая его составленным из очень малых неделимых ячеек, размер которых составляет примерно $10^{-35}$ м. Понятно, что ячейку такого размера невозможно непосредственно обнаружить в современном эксперименте.
В 70-х годах XX века была предложена гипотеза об энтропии черной дыры, пропорциональной площади ее горизонта. Немного позднее Я. Бекенштейн сделал вывод о том, что информация, которая требуется, чтобы описать любой объект, ограничивается его внешней поверхностью.
Г. т’Хофт занимался исследованием черных дыр. В 1993 году физик-теоретик, опираясь на работы Бекенштейна, предложил так называемый голографический принцип. Этот принцип составлен из двух положений:
- Любую информацию, имеющуюся в какой-то пространственной области, можно представить в виде некоей «голограммы» (теории, живущей на границе рассматриваемой области).
- Данная теория на границе рассматриваемой пространственной области должна обладать максимум одной степенью свободы на планковскую площадь.
Голографический принцип означает, что пространственно-временной континуум нельзя считать непрерывным, в областях, размеры которых можно описывать постоянной Планка, данный континуум является системой микрозон, некоторых пространственно-временных квантов.
Сначала гипотеза Хофта не встретила единодушного одобрения, однако, при развитии физики элементарных частиц, стало понятно, что голографический принцип является удобным теоретическим инструментом, применяемым к пространственно-временному континууму любого размера.
В соответствии с теорией Хофта трехмерная Вселенная - это внешняя граница четырехмерного пространства.
Разработки К. Хогана
Сторонником голографического принципа является К. Хоган (директор Центра астрофизических исследований им Ферми). Ученый сделал вывод о том, что «зернистость» Вселенной неоднородна. «Зерна пространства - времени» увеличиваются с ростом расстояния от наблюдателя.
Хоган сделал попытки соединения идей пикселизации пространства- времени с идеями, имеющимися в теории струн и квантово-механическими представлениями о том, что Вселенная аналогична голограмме. Данные гипотезы основываются на том, что пространственная поверхность, которая ограничивает некоторую область, зашифровывает имеющуюся в данной области информацию.
Положение квантовой частицы определено волновой функцией $\psi$, которая задает вероятность нахождения этой частицы в какой-то пространственной точке. Модель Хогана предполагает наличие волновой функции у каждой пространственно-временной ячейки. При этом пространство становится размытым, поскольку положение частицы может быть известно в пределах длины пространственной ячейки.
Каждое отдельное зерно является малым для непосредственного измерения. Но распространение волн в пространстве сопровождается процессом их интерференции с волнами из соседних ячеек. При этом возникает интерференционная картина, которая может быть измерима.
В соответствии с моделью Хогана, большей голограмме соответствует большая картина интерференции. При наличии большой голограммы, волны создают макроскопические искажения, которые называют шумом. Этот шум фиксируется экспериментально.
Из модели Хогана следует возможность построения квантовой теории гравитации, согласно которой пара отдаленных пространственно-временных континуумов способны оказывать взаимное влияние.
Многие ученые, однако, указывают на концептуальность модели Хогана и отсутствие детализации в ней. Сам ученый отмечал, что не считает свою модель фундаментальной.
